ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 74.2: Примеры решения задач по теме «насыщенный пар. влажность воздуха»

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать состав газовой смеси внутри пузырька при кипении воды. В отличие от открытой поверхности жидкости, где пар находится в равновесии с жидкостью и его давление равно давлению насыщенного пара P_н, внутри пузырька, поднимающегося со дна сосуда, кроме водяного пара присутствует воздух (или другие растворённые газы), который выделяется из воды при нагревании.

Вычисление и физическое обоснование:

Давление внутри пузырька складывается из давления насыщенного водяного пара P_н и частичного давления воздуха P_в. При кипении под атмосферным давлением полное давление в пузырьке должно уравновешиваться внешним атмосферным давлением P₀ (с учётом гидростатического давления столба воды, но для качественной оценки плотности у поверхности можно считать P_полн ≈P₀).

Так как P_полн =P_н +P_в, то давление самого водяного пара внутри пузырька меньше атмосферного: P_н <P₀. Плотность газа прямо пропорциональна его давлению при постоянной температуре (ρ∝P). Следовательно, плотность водяного пара в пузырьке будет меньше, чем плотность насыщенного пара при том же общем давлении, если бы воздух отсутствовал.

Если рассматривать численное значение из ключа (≈0,59 кг/м³), то это соответствует плотности насыщенного водяного пара при температуре кипения 100^°C и давлении около 0,6 атм (что согласуется с тем, что часть давления занимает воздух). Однако сам вопрос носит качественный характер: отличие обусловлено наличием примеси воздуха.

Проверка и вывод:

Логика верна: наличие неконденсирующихся газов (воздуха) снижает парциальное давление водяного пара в пузырьковом объёме по сравнению с ситуацией чистого насыщения при полном давлении. Поэтому плотность именно водяного пара в пузырьках отличается от табличной плотности насыщенного пара при атмосферном давлении в сторону уменьшения.